*
Máy biến áp 3 pha do Công ty cổ phần chế tạo máy biến áp Đông Anh sản xuất.

Bạn đang xem: Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp là gì?

Máy biến áphay máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lýcảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp, với tần số không đổi.

Ở máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện được khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung.Máy biến ápđược dùng chủ yếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.

Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính là lõi thép, cuộn dây và vỏ máy.

Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao thường được cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại.Cuộn dây: Thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến áp dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: Nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.

Nguyên lý hoạt hoạt động của máy biến áp.

Một máy biến áp giữ cho tổngcông suất khôngđổi khi điện áp tăng hoặc giảm.Khi điện áp tăng lên, dòng điện giảm xuống:

P=I1V1=I2V2

Máy biến áp sử dụngcảm ứng điện từđể thay đổi điện áp và dòng điện.Sự thay đổi này được gọi là hoạt động của máy biến áp và mô tả cách máy biến áp thay đổi tín hiệu xoay chiều từ thành phần sơ cấp sang thành phần thứ cấp của nó (như trong phương trình trên).Khi một tín hiệu xoay chiều được đưa vào cuộn sơ cấp, dòng điện thay đổi làm chotừ trườngthay đổi (lớn hơn hoặc nhỏ hơn).Từ trường thay đổi này (vàtừ thôngliên kết) sẽ đi qua cuộn thứ cấp tạo ra điện áp trên cuộn thứ cấp, do đó ghép hiệu quả đầu vào AC từ thành phần sơ cấp với thành phần thứ cấp của máy biến áp.Điện áp đặt vào thành phần sơ cấp cũng sẽ có trong thành phần thứ cấp.

*
Hình minh họa. Một máy biến áp vận hành đơn giản. Dòng điện Ip đi kèm với một điện áp Vp. Dòng điện đi qua các cuộn dây Np tạo ra từ thông trong lõi sắt. Từ thông này truyền qua Ns vòng dây trên mạch kia. Điều này tạo ra một dòng điện Is và một hiệu điện thế trong mạch thứ hai là Vs. Công suất điện (V × I) vẫn giữ nguyên

Như đã đề cập trước đây, máy biến áp không cho phép đầu vào DC chạy qua.Điều này được gọi là cách ly DC.Điều này là do sự thay đổi dòng điện không thể được tạo ra bởi DC,nghĩa là không có từ trường thay đổi để tạo ra điện áp trên thành phần thứ cấp.

Hình minh họa. Một máy biến áp vận hành đơn giản. Dòng điện Ip đi kèm với một điện áp Vp. Dòng điện đi qua các cuộn dây Np tạo ra từ thông trong lõi sắt. Từ thông này truyền qua Ns vòng dây trên mạch kia. Điều này tạo ra một dòng điện Is và một hiệu điện thế trong mạch thứ hai là Vs. Công suất điện (V × I) vẫn giữ nguyên

Nguyên tắc cơ bản cho phép máy biến áp thay đổi hiệu điện thế của dòng điệnxoay chiềulà mối quan hệ trực tiếp giữa tỷ số số vòng dây ở cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và tỷ số củađiện ápsơ cấp trênđiện ápra.Tỷ số giữa số vòng (hoặc số vòng) ở cuộn sơ cấp với số vòng ở cuộn thứ cấp được gọi làtỷ số vòng.Tỷ số vòng dây thiết lập mối quan hệ sau đây với điện áp:

Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip

Trong đó:

Np= Số vòng dây ở cuộn sơ cấpNs= Số vòng dây ở cuộn thứ cấpVp= Điện áp trên cuộn sơ cấpVs= Điện áp trên cuộn thứ cấpIp= Dòng điện qua cuộn sơ cấpIs= Dòng điện qua cuộn thứ cấp

Từ phương trình này, nếu số vòng ở cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng ở cuộn thứ cấp (Np>Ns) thì hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp sẽnhỏhơn ở cuộn sơ cấp.Điều này được gọi là một máy biến áp “giảm áp”, bởi vì nó làm giảm hoặc giảm điện áp.Bảng dưới đây trình bày các loại máy biến áp thường dùng trênlưới điện.

Loại máy biến áp

Điện áp

Tỷ lệ

Dòng điện

Công suất

Để giảm điện áp

điện áp đầu vào (sơ cấp)> điện áp đầu ra (thứ cấp)

Np>Ns

Ips

Pp=Ps

Để tăng điện áp

điện áp đầu vào (sơ cấp)

Nps

Ip>Is

Pp=Ps

Điện áp không đổi

điện áp đầu vào (sơ cấp) = điện áp đầu ra (thứ cấp)

Np=Ns

Ip=Is

Pp=Ps

Biến áp Điện áp không đổisẽ cógiá trị bằng nhau cho mọi thứvà được sử dụng chủ yếu cho mục đích cung cấp cách ly DC.

Mộtmáy biến áphạ ápsẽ cóđiện áp sơ cấp cao hơn điện ápthứ cấp, nhưnggiá trịdòng điện sơ cấp thấphơn thành phần thứ cấp của nó.

Trong trường hợp củamáy biến áptăng áp,điện áp sơ cấp sẽ thấphơn điện áp thứ cấp, nghĩa làdòng điện sơ cấp lớnhơn thành phần thứ cấp.

Phân loại máy biến áp

Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, có nhiều cách để phân loại máy biến áp.

Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba phaTheo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thếTheo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,…Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứngTheo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung,…

Hiệu suất của máy biến áp

Trong điều kiện lý tưởng, điện áp và dòng điện thay đổi theo cùng một hệ số đối với bất kỳ máy biến áp nào, điều này giải thích tại sao giá trị công suất sơ cấp bằng giá trị công suất thứ cấp cho mỗi trường hợp trong bảng trên.Khi một giá trị giảm, giá trị kia tăng lên để giữ ở mức công suất cân bằng không đổi.

Máy biến áp có thể cực kỳ hiệu quả.Máy biến áp công suất cao có thể đạt hiệu suất đến99%.

Xem thêm: Loa: Part 2 Of Movè Lespri : Romero, B, Leave Of Absence Support Programme (Loasp)

Tuy nhiên, một máy biến áp sẽ luôn tạo ra công suất thấp hơn một chút so với đầu vào của nó, vì không thể loại bỏ hoàn toàn tổn thất do có một sốtrở kháng ở máy biến áp.